Promotor 10/05

26

 

www.elamed.com.pl/promotor

Uderzenie pioruna
Jeżeli uderzenie pioruna nastą-

pi w atmosferze wybuchowej, to 
zawsze dojdzie do jej zapłonu. Co 
więcej, istnieje również możliwość 
zapłonu ze względu na wysokie 
temperatury osiągane przez ele-
menty przewodzące wyładowanie. 
W miejscu uderzenia pioruna płyną 
silne prądy, które mogą tworzyć 
iskry w jego sąsiedztwie.

Nawet bez uderzenia pioruna bu-

rze mogą powodować indukowane 
wysokie napięcia w urządzeniach, 
systemach ochronnych, częściach 
i podzespołach.

Fale elektromagnetyczne 
o częstotliwości radiowej (RF) 
od 10

4

 Hz do 3 x 10

12

 Hz

Fale elektromagnetyczne są emito-

wane przez wszystkie systemy gene-
rujące i stosujące energię elektryczną 
o częstotliwości radiowej (systemy 
częstotliwości radiowej), np. nadajniki 
radiowe lub przemysłowe albo me-
dyczne generatory RF stosowane do 
ogrzewania, suszenia, utwardzania, 
spawania, cięcia itd. Wszystkie prze-
wodzące części znajdujące się w polu 
promieniowania działają jak anteny 
odbiorcze. Jeżeli pole jest wystarcza-
jąco silne i jeżeli antena odbiorcza 

jest wystarczająco duża, to części 
przewodzące mogą powodować za-
płon w atmosferach wybuchowych. 
Odbierana energia o częstotliwości 
radiowej może na przykład rozżarzyć 
cienkie przewody lub generować iskry 
podczas łączenia lub rozłączania czę-
ści przewodzących. Energia dopro-
wadzana przez antenę odbiorczą, 
która może prowadzić do zapłonu, 
zależy głównie od odległości między 
nadajnikiem a anteną odbiorczą 
oraz od rozmiarów anteny odbior-
czej przy wszystkich długościach 
i energii fal RF.

Fale elektromagnetyczne 
o częstotliwości
od 3 x 10

11

 Hz do 3 x 10

15

 Hz

Promieniowanie w tym zakresie 

widma może, zwłaszcza w przypad-
ku skupienia wiązki, stanowić źró-
dło zapłonu poprzez pochłanianie 
przez atmosfery wybuchowe lub 
powierzchnie ciał stałych. Światło 
słoneczne na przykład może powo-
dować zapłon w obecności przed-
miotów zdolnych do skupienia jego 
promieni (np. butelki działające jak 
soczewki, reflektory skupiające).

W określonych warunkach pro-

mieniowanie intensywnych źródeł 
światła (ciągłego albo błyskowego) 
jest tak intensywnie pochłaniane 
przez cząstki pyłu, że stają się one 
źródłem zapłonu atmosfer wybucho-
wych lub nagromadzonego pyłu.

W przypadku promieniowania 

laserowego (np. stosowanego 
w łączności, pomiarach zdalnych, 
pomiarach geodezyjnych, urzą-
dzeniach do pomiaru odległości 

w zasięgu wzroku) nawet przy 
dużych odległościach energia lub 
natężenie nawet niezogniskowa-
nego promienia mogą być wystar-
czające do spowodowania zapłonu. 
Również w tym przypadku proces 
ogrzewania zachodzi głównie wte-
dy, gdy wiązka laserowa trafia na 
powierzchnię ciała stałego lub gdy 
jest absorbowana przez cząstki 
pyłu w atmosferze lub przez zanie-
czyszczone części przezroczyste.

Należy brać pod uwagę, że ja-

kiekolwiek urządzenie, system 
ochronny, część i podzespół gene-
rujący promieniowanie (np. lampy, 
łuki elektryczne, lasery itd.) mogą 
stanowić źródło zapłonu mieszanin 
wybuchowych. 

Promieniowanie jonizujące
Promieniowanie jonizujące, ge-

nerowane na przykład przez lampy 
rentgenowskie i substancje radio-
aktywne, może zapalać atmosfery 
wybuchowe (zwłaszcza atmosfery 
wybuchowe z cząstkami pyłu) w wy-
niku absorpcji energii. Ponadto 
źródło radioaktywne samo może się 
podgrzewać z powodu wewnętrznej 
absorpcji energii promieniowania 
do temperatury przekraczającej mi-
nimalną temperaturę samozapłonu 
otaczającej atmosfery wybuchowe.

Promieniowanie jonizujące może 

powodować chemiczny rozkład lub 
inne reakcje, które mogą prowadzić 
do tworzenia bardzo reaktywnych 
rodników lub niestabilnych che-
micznie związków. Może to powodo-
wać zapłon. Takie promieniowanie 
może również tworzyć atmosferę 
wybuchową w wyniku rozkładu 
(np. mieszanina tlenu i wodoru 
w wyniku radiolizy wody).

Ultradźwięki
Podczas stosowania fal ultradź-

więkowych znaczna część energii 
wytwarzanej przez przetwornik 
elektroakustyczny jest absorbo-
wana przez substancje stałe lub 
ciekłe. W wyniku tego substancja 
wystawiana na działanie ultradź-
więków ogrzewa się tak, że w skraj-
nych przypadkach może nastąpić 
jej zapłon.

Sprężanie adiabatyczne 
i fale uderzeniowe
W przypadku sprężania adia-

batycznego lub prawie adiaba-

Niniejsza publikacja jest kontynuacją artykułu z po-
przedniego numeru „Promotora”. W następnych 
wydaniach poruszymy takie zagadnienia, jak: ocena 
ryzyka występowania wybuchu, opis programu oraz 
klasyfikacja pomieszczeń.

Ochrona przed wybuchami 

w środowisku pracy 

Kazimierz T. Lebecki 

Ocena i redukcja ryzyka wybuchu gazów, 
par i pyłów w środowisku pracy – cz. II

Rodzaj wyłado-

wania

Maksymalna 

energia efek-

tywna 

snopiaste

< 3 mJ

iskrowe

< 1 J

stożkowe

< 1 J

snopiaste 

ślizgowe

< 10 J

Tab. 1.

Promotor 10/05

28

 

www.elamed.com.pl/promotor

tycznego w falach uderzeniowych 
mogą występować tak wysokie 
temperatury, że atmosfery wybu-
chowe (i osady pyłu) mogą zostać 
zapalone. Przyrost temperatury za-
leży głównie od stosunku wartości 
ciśnień, a nie od ich różnicy.

W przewodach ciśnieniowych 

kompresorów do sprężania po-
wietrza i w zbiornikach podłączo-
nych do tych przewodów wybuchy 
mogą występować jako wynik 
zapłonu sprężonych mgieł olejów 
smarnych.

Fale uderzeniowe są na przykład 

generowane podczas nagłego roz-
prężania gazów utrzymywanych pod 
wysokim ciśnieniem do rurociągów. 
W tym procesie fale uderzeniowe 
rozprzestrzeniają się do miejsc 
o niskim ciśnieniu szybciej niż 
prędkość dźwięku. Kiedy biegnące 
fale są uginane lub odbijane przez 
powyginany rurociąg, przewężenia, 
połączenia kołnierzowe, zamknięte 
zawory itp., to mogą występować 
bardzo wysokie temperatury.

Urządzenia, systemy ochronne, 

części i podzespoły zawierające 
wysoce utleniające gazy, np. czysty 
tlen lub atmosfery gazowe o wyso-
kim stężeniu tlenu, mogą stawać 
się efektywnym źródłem zapłonu 
przy sprężaniu adiabatycznym fali 
uderzeniowej lub nawet przy zwy-
kłym przepływie, ponieważ zapa-
leniu mogą ulec smary, szczeliwa, 
a nawet materiały konstrukcyjne. 
Te z kolei mogą stać się źródłem 
zapłonu atmosfery wybuchowej 
otaczającej instalację. 

Reakcje egzotermiczne, 
włącznie z samozapaleniem 
pyłów
Reakcje egzotermiczne mogą 

stanowić źródło zapłonu, gdy szyb-
kość wytwarzania ciepła będzie 
większa od szybkości odprowa-
dzania ciepła do otoczenia. Wiele 
reakcji chemicznych jest reakcjami 
egzotermicznymi.

Możliwość osiągnięcia podczas 

reakcji wysokiej temperatury za-
leży między innymi od stosunku 
objętość/powierzchnia układu 
reagującego, temperatury oto-
czenia i czasu reakcji. Te wysokie 
temperatury mogą prowadzić do 
zapłonu wybuchowych atmosfer, jak 
również zapoczątkowania tlenia się 
i/lub palenia.

Do reakcji tych włącza się rów-

nież reakcje substancji piroforycz-
nych z tlenem, metali alkalicznych 
z wodą, samozapalenie palnych 
pyłów, samonagrzewanie się pasz 
zapoczątkowane przez procesy 
biologiczne, rozkład organicznych 
nadtlenków lub reakcje polimery-
zacji. Również katalizatory mogą 
wzbudzać reakcje egzotermiczne 
(np. atmosfery wodór/powietrze 
w obecności platyny).

Niektóre reakcje chemiczne 

(np. rozkład termiczny i procesy 
biologiczne) mogą również pro-
wadzić do powstania substancji 
palnych, które z kolei mogą tworzyć 
atmosfery wybuchowe z otaczają-
cym powietrzem.

Gwałtowne reakcje kończące 

się zapłonem mogą występować 
w pewnych połączeniach materia-
łów konstrukcyjnych z substancja-
mi chemicznymi (np. miedź z ace-
tylenem, metale ciężkie z nadtlen-
kiem wodoru).

Przy połączeniu niektórych sub-

stancji, zwłaszcza gdy są one 
dobrze rozdrobnione (np. alumi-
nium/rdza albo cukier/chlorany), 
dochodzi w razie uderzenia lub 
tarcia do wysoce egzotermicznych 
reakcji.

Informacje o identyfikacji 
atmosfer wybuchowych 
i ocena ryzyka wystąpienia 
wybuchu

Zagrożenie wybuchem jest zwią-

zane z materiałami i substancjami 
przetwarzanymi, stosowanymi lub 
uwalnianymi przez urządzenia, sys-
temy ochronne, części i podzespoły 
oraz materiałami stosowanymi 
do budowy urządzeń, systemów 
ochronnych, części i podzespołów. 
Niektóre z tych materiałów i sub-
stancji mogą ulegać procesom 
spalania w powietrzu. Procesom 
tym często towarzyszy wytwarzanie 
znaczących ilości ciepła i mogą 
one być związane ze wzrostem 
ciśnienia i uwolnieniem materiałów 
niebezpiecznych. W odróżnieniu od 
pożaru wybuch jest samopodtrzy-
mującym się rozprzestrzenianiem 
się strefy reakcji (płomienia) w at-
mosferze wybuchowej.

Substancje palne powinny być 

rozważane jako materiały, które 
mogą utworzyć atmosferę wy-
buchową, chyba że badanie ich 

właściwości wykazało, że w mie-
szaninach z powietrzem nie są 
zdolne do samopodtrzymującego 
się rozprzestrzenienia wybuchu.

To potencjalne zagrożenie zwią-

zane z atmosferą wybuchową staje 
się realne w przypadku zapłonu 
przez efektywne źródło zapłonu.

Właściwości palne
Ponieważ w tym kontekście 

potencjalne zagrożenie stwarza 
nie sam materiał, ale jego kontakt 
lub zmieszanie z powietrzem, 
powinny zostać oznaczone wła-
ściwości mieszaniny substancji 
palnej z powietrzem. Te właściwo-
ści dają informację o zachowaniu 
się substancji w trakcie spalania 
i możliwości zapoczątkowania po-
żaru lub wybuchu. Odpowiednimi 
danymi są np. 
– temperatura zapłonu,
– granice wybuchowości (DGW, 

GGW),

–  graniczne stężenie tlenu (GST).

Wymagania dotyczące zapłonu
Powinny zostać oznaczone wła-

ściwości atmosfery wybuchowej 
związane z zapłonem. Odnośnymi 
danymi są np.:
–  minimalna energia zapłonu,
–  minimalna temperatura samoza-

płonu atmosfery wybuchowej,

– minimalna temperatura samo-

zapłonu warstwy pyłu. 

Właściwości charakteryzujące 
przebieg wybuchu
Zachowanie atmosfery wybu-

chowej po wystąpieniu zapłonu 
powinno być charakteryzowane 
przez dane takie, jak:
–  maksymalne ciśnienie wybuchu 

(p

max

),

–  maksymalna szybkość narastania 

ciśnienia wybuchu ((dp/dt)

max

),

– maksymalna eksperymentalna 

bezpieczna szczelina (MEBS).
Występowanie niebezpiecznej 

atmosfery wybuchowej zależy od:
–  obecności substancji palnej,
– stopnia rozproszenia substancji 

palnej (np. gazy, pary, mgły i pyły),

–  stężenia substancji palnej w po-

wietrzu, w granicach zakresu 
wybuchowości, 

–  objętości atmosfery wybuchowej 

wystarczającej do spowodowania 
obrażeń lub zniszczeń w wyniku 
zapłonu.

Promotor 10/05

30

 

www.elamed.com.pl/promotor

lub cząstki będzie wynosił poni-
żej 1 mm.

Granice wybuchowości zmienia-

ją się ze zmianą ciśnienia i tem-
peratury. Z reguły zakres stężenia 
pomiędzy granicami wybuchowości 
wzrasta ze wzrostem ciśnienia 
i temperatury. W przypadku mie-
szanin z tlenem górne granice 
wybuchowości są dużo wyższe niż 
dla mieszanin z powietrzem.

Jeżeli temperatura powierzch-

ni cieczy palnej jest wyższa niż 
dolna temperaturowa granica 
wybuchowości, to może się wy-
tworzyć atmosfera wybuchowa. 
Aerozole i mgły cieczy palnych 
mogą tworzyć atmosferę wybu-
chową w temperaturze poniżej 
dolnej temperaturowej granicy 
wybuchowości. 

Granice wybuchowości dla py-

łów nie mają takiego samego 
znaczenia jak w przypadku gazów 
i par. Obłoki pyłów są zazwyczaj 
niejednorodne. Stężenie pyłu może 
zmieniać się w dużym stopniu 
w zależności od sposobu jego 
osadzania się i rozproszenia w po-

wietrzu. Zawsze należy liczyć się 
z możliwością tworzenia atmosfer 
wybuchowych w obecności osadów 
palnego pyłu.

Objętość atmosfery 
wybuchowej
Ocena, czy atmosfera wybu-

chowa występuje w objętości nie-
bezpiecznej, zależy od możliwych 
skutków wybuchu. 

‰

Piśmiennictwo

1. Michalik  J.S.:  Ochrona przed 

wybuchem w środowisku pra-
cy. Implementacja przepisów 
Dyrektyw ATEX do polskiego 
prawodawstwa. „Promotor”, 
7-8/2005.

2. Rozporządzenie Ministra Gospo-

darki Pracy i Polityki Społecznej 
z dnia 29 maja 2003 r. w spra-
wie minimalnych wymagań 
dotyczących bezpieczeństwa 
i higieny pracy pracowników 
zatrudnionych na stanowiskach 
pracy, na których może wystąpić 
atmosfera wybuchowa. Dziennik 
Ustaw nr 107, poz. 1004.

3. Rozporządzenie Ministra Go-

spodarki Pracy i Polityki Spo-
łecznej z dnia 28 lipca 2003 r. 
w sprawie zasadniczych wyma-
gań dla urządzeń i systemów 
ochronnych w przestrzeniach 
zagrożonych wybuchem. Dzien-
nik Ustaw nr 143, poz. 1393.

4. PN-EN 1127-1 Atmosfery wybu-

chowe. Zapobieganie wybuchom 
i ochrona przed wybuchem. Poję-
cia podstawowe i metodologia.

5. PN-EN  50281-1-2:2003  Urzą-

dzenia elektryczne do stosowa-
nia w obecności pyłów palnych, 
część 2-1: Metody badania 
– Metody oznaczania minimalnej 
temperatury zapłonu pyłu.

Autor wyraża podziękowanie 

dyrekcji Centralnego Instytutu 

Ochrony Pracy-Państwowego 

Instytutu Badawczego

za możliwość włączenia się

do Programu Wieloletniego 

„Dostosowywanie warunków

pracy w Polsce do standardów 

Unii Europejskiej”.

Podziękowania należą się 

również zespołowi

współpracowników, a zwłaszcza

dr. P. Rosmusowi

i dr. Z. Dyduchowi.

Przy ocenie prawdopodobień-

stwa występowania niebezpiecznej 
atmosfery wybuchowej powinno się 
uwzględniać możliwość tworzenia 
atmosfery wybuchowej w wyniku 
reakcji chemicznych, pirolizy i pro-
cesów biologicznych z udziałem 
obecnych materiałów.

Jeżeli nie jest możliwe osza-

cowanie prawdopodobieństwa 
występowania niebezpiecznej 
atmosfery wybuchowej, to na-
leży przyjąć założenie, że taka 
atmosfera występuje zawsze, 
z wyjątkiem sytuacji, kiedy stoso-
wane jest wiarygodne urządzenie 
kontroli stężenia substancji palnej 
w atmosferze.

Stopień rozproszenia 
substancji palnych
Ze względu na swą postać gazy 

i pary mają stopień rozproszenia 
wystarczający do wytworzenia 
atmosfery wybuchowej. Dla mgieł 
i pyłów stopień rozproszenia wy-
starczający do wytworzenia at-
mosfery wybuchowej może zostać 
osiągnięty, jeżeli rozmiar kropelki 

Powaga konsekwencji zdarzenia 

niebezpiecznego

Krótki opis konsekwencji

Katastroficzne

Wiele ofiar śmiertelnych lub całkowite zniszczenie zakładu, instalacji

Ciężkie

 Niewiele ofiar śmiertelnych, poważne obrażenia, poważne choroby 

zawodowe lub znaczne zniszczenie zakładu, instalacji

Poważne

Poważne obrażenia lub choroby zawodowe, znaczne zniszczenia 

zakładu, instalacji

Lekkie

Minimalne obrażenia, lekkie choroby zawodowe lub niewielkie uszko-

dzenia instalacji

Tab. 2. Poziomy ryzyka – powaga konsekwencji.

Określenie 

częstotliwości

zdarzenia

Częstość wskazana 

(na rok)

Częstotliwość w odniesieniu 

do konkretnego urządzenia

Ogólna częstotliwość 

występowania

Częste

> 10

-1

Może występować często

Występuje ciągle

Prawdopodobne

10

-1

-10

-2

Wystąpi kilkakrotnie w okre-

sie użytkowania

Będzie często 

występować

Sporadyczne

10

-2

-10

-4

Może czasem występować 

w okresie użytkowania

Wystąpi kilkakrotnie

Rzadkie

10

-4

-10

-6

Mało prawdopodobne, ale 

możliwe wystąpienie w okre-

sie użytkowania

Mało prawdopodobne, 

ale można oczekiwać, 

że wystąpi

Wyjątkowe

< 10

-6

Tak mało prawdopodobne, że 
można założyć jego niewystą-
pienie w okresie użytkowania

Nieprawdopodobne, 

aby wystąpiło, jednak 

możliwe

Tab. 3. Przedziały częstotliwości występowania ryzyka.

Częstotliwość

zdarzenia

Powaga konsekwencji

Katastroficzne

Ciężkie

Poważne

Lekkie

Częste

A

A

A

C

Prawdopodobne

A

A

B

C

Sporadyczne

A

B

B

D

Rzadkie

A

B

C

D

Wyjątkowe

B

C

C

D

Tab. 4. Klasyfikacja poziomów ryzyka.